CN104311484A - 一种高效催化合成喹啉类衍生物的方法 - Google Patents

一种高效催化合成喹啉类衍生物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效催化合成喹啉类衍生物的方法，属于有机合成技术领域。该合成反应中活泼α-甲基或亚甲基羰基化合物与2-氨基苯乙酮的摩尔比为1∶1，多磺酸根酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用2-氨基苯乙酮的7～10％，反应溶剂75％乙醇水溶液的体积量(ml)为2-氨基苯乙酮摩尔量(mmol)的3～5倍，回流反应时间为5～25min，反应结束后冷却至室温，过滤，所得滤渣真空干燥得到纯喹啉类衍生物。本发明与其它酸性离子液体作催化剂的合成方法相比，具有催化剂催化活性高、使用量少且循环使用中损失量少，整个合成过程简单、方便、经济等优点，便于工业化大规模生产。

Description

一种高效催化合成喹啉类衍生物的方法
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种高效催化合成喹啉类衍生物的方法。
背景技术
许多喹啉类衍生物以其特殊的生物活性和生理活性，以及富电子的芳香体系，广泛应用于医药、分子生物学、发光材料、染料、食品饲料添加剂、农药等领域。合成喹啉类衍生物的方法主要有Skraup法、Combes法、Friedlaender法、Pfitzinger法和Doebner-von Miller法等。其中Friedlaender法是合成喹啉类衍生物最重要且直接的方法之一，它的基本形式是邻氨基芳香羰基化合物与含有活泼的α-甲基或亚甲基羰基化合物发生缩合反应。此方法传统上采用质子或路易斯酸作催化剂，但是具有耗时长、产率低、催化剂用量大、易产生废酸且反应条件苛刻等缺点。因此，开发一种采用Friedlaender法合成喹啉类衍生物的绿色、高效催化剂近年来成为人们研究的热点之一。
酸性离子液体，特别是布朗斯特酸性离子液体由于具有绿色无污染、有机和无机化合物溶解性好、酸性位点分布均匀、产物易于进行分离及可循环使用等优点而被应用在喹啉类衍生物的合成中。例如Kumar V.Srinivasan等在无溶剂的条件下，利用酸性离子液体[Hbim]BF4作为催化剂，可以有效地催化合成一系列具有生理活性的取代或稠合多环喹啉类衍生物，且[Hbim]BF4重复使用两次后未见其活性有所降低，但由于催化剂的酸性较弱，所以在合成过程中的使用量非常大，其摩尔使用量占反应原料邻氨基取代酮使用量的100％(Ionicliquid-promoted regiospecific Friedlander annulation：novel synthesis of quinolinesand fused polycyclic quinolines[J]，Journal of Organic Chemistry，2003，68：9371-9378)。为了提高酸性离子液体的酸度进而降低合成过程中所需酸性离子液体的使用量，Farhad Shirini等使用含有两个磺酸根的硫酸氢化1，3-二磺酸咪唑鎓盐离子液体为催化剂，在无溶剂条件且催化剂摩尔使用量为邻氨基取代酮使用量的25％的条件下，可以高效地催化合成一系列喹啉类衍生物。另外，催化剂可以重复使用4次，其催化活性未见明显降低(Solvent-free synthesis ofquinoline derivatives via thereaction using 1，3-disulfonic acidimidazolium hydrogen sulfate as an efficient and recyclable ionic liquid catalyst[J]，Comptes Rendus Chimie，2014，17：370-376)。
上述方法采用的酸性离子液体催化剂的结构母体是难生物降解的咪唑结构，制备价格较高，这与绿色化工的政策是相违背的。另外，由于上述离子液体的酸度仍然有限，导致其使用量较大，在循环使用过程中的流失量也较大，使得整个工艺过程效益较低，在工业化生产中难以被大规模使用。最后，上述合成方法过程较为复杂，产品经常采用水洗、重结晶等方式，而催化剂干燥后才可以被循环使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中利用酸性离子液体催化合成喹啉类衍生物过程中存在的操作过程复杂、反应原料利用率不高以及催化剂难生物降解且流失严重的缺点，而提供一种易生物降解、酸度较高、制备简单、价格低廉的多磺酸根酸性离子液体作绿色催化剂，75％乙醇水溶液作为溶剂条件下催化合成喹啉类衍生物的方法。
本发明所使用的多磺酸根酸性离子液体催化剂的结构式为：
本发明所提供的一种高效催化合成喹啉类衍生物的方法，其化学反应式为：
其中：反应中2-氨基苯乙酮(I)与活泼α-甲基或亚甲基羰基化合物(II)的摩尔比为1∶1，多磺酸根酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用2-氨基苯乙酮的7～10％，反应溶剂75％乙醇水溶液的体积量(ml)为2-氨基苯乙酮摩尔量(mmol)的3～5倍，反应压力为一个大气压，回流反应时间为5～25min，反应结束后冷却至室温，过滤，所得滤渣真空干燥得到纯喹啉类衍生物(III)。
本发明所用的活泼α-甲基或亚甲基羰基化合物为乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸甲酯、乙酰丙酮、甲基乙基酮、苯乙酮、环戊酮、环己酮、环庚酮、1，3-环己二酮、5，5-二甲基-1，3-环己二酮中的任一种。
本发明合成反应结束后滤液中含有的多磺酸根酸性离子液体催化剂及少量未反应完的原料，可不经处理重复使用。
本发明所使用的多磺酸根酸性离子液体催化剂的制备方法，参见相关文献(Synthesis of a novel multi-SO3H functionalized ionic liquid and its catalyticactivities for biodiesel synthesis，Green Chemistry，2010，12：201-204；一种多磺酸基功能化离子液体的制备方法，CN 101348487A)。
本发明与其它酸性离子液体作催化剂的合成方法相比，具有以下优点：
1、多磺酸根酸性离子液体催化剂的酸密度高，催化活性好；
2、催化剂在循环使用中损失量少，可循环使用次数较多；
3、催化剂可以生物降解，环境友好；
4、催化剂的制备过程比较简单，原料较为廉价；
5、整个合成过程简单、方便、经济，便于工业化大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例1中多磺酸根酸性离子液体催化剂在合成2，4-二甲基喹啉-3-甲酸乙酯反应中循环使用时的产物产率变化图。
图2为本发明实施例4中多磺酸根酸性离子液体催化剂在合成2，3，4-三甲基喹啉反应中循环使用时的产物产率变化图。
具体实施方式
本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，但它们并不对本发明作任何限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本发明的保护范围。下面通过具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中实施例中反应产物的测试表征使用的是德国Bruker公司、型号为AVANCE-II 300MHz的核磁共振仪。
实施例1
将10mmol 2-氨基苯乙酮、10mmol乙酰乙酸乙酯、0.8mmol多磺酸根酸性离子液体催化剂和30ml 75％乙醇水溶液加入到装有冷凝管的100ml单口瓶中。加热回流反应，薄板层析(TLC)(展开剂为乙酸乙酯∶石油醚＝1∶4)跟踪反应进度。反应用时7min，反应结束后冷却至室温，过滤，所得滤渣真空干燥得到纯2，4-二甲基喹啉-3-甲酸乙酯，产率为92％。滤液中直接加入2-氨基苯乙酮和乙酰乙酸乙酯进行重复使用。
2，4-二甲基喹啉-3-甲酸乙酯：1H NMR(300MHz，CDCl3)：δ＝1.62(t，J＝7.0Hz，3H)，2.97(s，3H)，3.08(s，3H)，4.69(q，J＝7.0Hz，2H)，7.72～8.33(m，4H)
实施例2
将10mmol 2-氨基苯乙酮、10mmol环戊酮、0.8mmol多磺酸根酸性离子液体催化剂和30ml 75％乙醇水溶液加入到装有冷凝管的100ml单口瓶中。加热回流反应，薄板层析(TLC)(展开剂为乙酸乙酯∶石油醚＝1∶4)跟踪反应进度。反应用时6min，反应结束后冷却至室温，过滤，所得滤渣真空干燥得到纯9-甲基-2，3-二氢-1H-环戊并[b]喹啉，产率为93％。滤液中直接加入2-氨基苯乙酮和环戊酮进行重复使用。
9-甲基-2，3-二氢-1H-环戊并[b]喹啉：1H NMR(300MHz，CDCl3)：δ＝2.05(m，2H)，2.41(s，3H)，2.88(s，J＝7.5Hz，2H)，3.23(t，J＝7.0Hz，2H)，7.39～7.94(m，4H)
实施例3
将10mmol 2-氨基苯乙酮、10mmol环己酮、0.7mmol多磺酸根酸性离子液体催化剂和40ml 75％乙醇水溶液加入到装有冷凝管的100ml单口瓶中。加热回流反应，薄板层析(TLC)(展开剂为乙酸乙酯∶石油醚＝1∶4)跟踪反应进度。反应用时9min，反应结束后冷却至室温，过滤，所得滤渣真空干燥得到纯9-甲基-1，2，3，4-四氢吖啶，产率为95％。滤液中直接加入2-氨基苯乙酮和环己酮进行重复使用。
9-甲基-1，2，3，4-四氢吖啶：1H NMR(300MHz，CDCl3)：δ＝1.69(m，4H)，2.21(s，3H)，2.58(t，J＝7.6Hz，2H)，2.89(t，J＝7.6Hz，2H)，7.17～7.80(m，4H)
实施例4
将10mmol 2-氨基苯乙酮、10mmol甲基乙基酮、1.0mmol多磺酸根酸性离子液体催化剂和50ml 75％乙醇水溶液加入到装有冷凝管的150ml单口瓶中。加热回流反应，薄板层析(TLC)(展开剂为乙酸乙酯∶石油醚＝1∶4)跟踪反应进度。反应用时17min，反应结束后冷却至室温，过滤，所得滤渣真空干燥得到纯2，3，4-三甲基喹啉，产率为90％。滤液中直接加入2-氨基苯乙酮和甲基乙基酮进行重复使用。
2，3，4-三甲基喹啉：1H NMR(300MHz，CDCl3)：δ＝2.38(s，3H)，2.57(s，3H)，2.70(s，3H)，7.41～7.92(m，4H)
实施例5
将10mmol 2-氨基苯乙酮、10mmol苯乙酮、1.0mmol多磺酸根酸性离子液体催化剂和50ml 75％乙醇水溶液加入到装有冷凝管的150ml单口瓶中。加热回流反应，薄板层析(TLC)(展开剂为乙酸乙酯∶石油醚＝1∶4)跟踪反应进度。反应用时23min，反应结束后冷却至室温，过滤，所得滤渣真空干燥得到纯4-甲基-2-苯基喹啉，产率为91％。滤液中直接加入2-氨基苯乙酮和苯乙酮进行重复使用。
4-甲基-2-苯基喹啉：1H NMR(300MHz，CDCl3)：δ＝2.47(s，3H)，7.31～8.02(m，10H)
实施例6
以实施例1为探针反应，作反应催化剂的活性重复性试验，多磺酸根酸性离子液体催化剂循环使用7次，产物2，4-二甲基喹啉-3-甲酸乙酯的产率变化见图1。
实施例7
以实施例4为探针反应，作反应催化剂的活性重复性试验，多磺酸根酸性离子液体催化剂循环使用7次，产物2，3，4-三甲基喹啉的产率变化见图2。
由图1和2可以看出：多磺酸根酸性离子液体催化剂在循环使用合成2，4-二甲基喹啉-3-甲酸乙酯和2，3，4-三甲基喹啉的过程中的产率稍有降低，但降低幅度均比较小。由以上情况可以表明，该多磺酸根酸性离子液体催化剂可以在催化合成喹啉类衍生物中被重复使用。

Claims (3)

1.一种高效催化合成喹啉类衍生物的方法，其中合成反应中：活泼α-甲基或亚甲基羰基化合物与2-氨基苯乙酮的摩尔比为1∶1，多磺酸根酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用2-氨基苯乙酮的7～10％，反应溶剂75％乙醇水溶液的体积量(ml)为2-氨基苯乙酮摩尔量(mmol)的3～5倍，反应压力为一个大气压，回流反应时间为5～25min，反应结束后冷却至室温，过滤，所得滤渣真空干燥得到纯喹啉类衍生物；
所述多磺酸根酸性离子液体催化剂的结构式为：
2.如权利要求1所述的一种高效催化合成喹啉类衍生物的方法，其特征在于，所述活泼α-甲基或亚甲基羰基化合物为乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸甲酯、乙酰丙酮、甲基乙基酮、苯乙酮、环戊酮、环己酮、环庚酮、1，3-环己二酮、5，5-二甲基-1，3-环己二酮中的任一种。
3.如权利要求1所述的一种高效催化合成喹啉类衍生物的方法，其特征在于，所述反应结束后滤液中含有的多磺酸根酸性离子液体催化剂及少量未反应完的原料，可不经处理重复使用。
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